基于FPGA的微流控芯片电泳控制系统设计
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信号调理模块由电流转电压I―V电路、低通滤波电路组成。I―V电路的输入为光电倍增管的电流输出。I―V电路芯片采用的是安森美半导体公司的 MC33501，该芯片的输入偏置电流典型值为40 fA，非常适用于微弱光电流信号的测量。反馈电阻选取1 MΩ的标称值，可将1μA的电流转换为1 V的电压。转换后的电压信号再经过运算放大器OP07组成的二阶巴特沃兹低通滤波器，其截止频率可设置在1 Hz以下。A／D模块采用TI公司的12位串行A／D转换器ADS7818。该芯片仅8个引脚，采用串口方式控制和输出数据。如图2所示，对A／D模块进行控制只需占用FPGA的3个控制端口(CONV、CLK、DATA)。FPGA可编程使用的I／O端口数目多达196个，在除去其他芯片的控制端口后，足以胜任同时控制30个A／D模块的工作。这也意味着可同时对30个PCR芯片实施数据采集。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/191922.htm
高压控制模块由TI公司的D／A芯片TLV5630和高压模块实现。高压模块的输出与其输入控制电压成正比。TLV5630具有8通道的12位输出，可以使高压模块的电压步进精确控制在1 V量级。FPGA通过RS232接口与温度模块通信，通过发送命令字与接收返回信息来控制温度。
系统需要接口将数据上传至计算机，而计算机的命令参数也通过此接口下载至本系统中。USB2．0接口的传输速率达到480 Mb／s，可胜任快速传回数据的任务。本文采用USB2．0接口作为系统与计算机通信的接口，USB的通信芯片选用Cypress公司的 CY7C268013A，工作模式为SlaveFIFO方式。
3 程序编码
程序编码包括3部分：一是采用VerilogHDL语言对FPGA编程；二是对CY7C68013A的固件编程；三是WindowsXP环境下驱动程序的开发以及上位机控制软件的编程。与系统结构相对应，FPGA的控制模块包括A／D模块、D／A模块、RS232模块、USB模块以及状态机模块。模块共用同一个时钟与复位信号。除状态机模块外，其他模块都将信号封装为状态输出、命令输入、选通输入、数据输出4个部分，由状态机模块对其实施控制。如图3所示，状态机模块读取USB模块从上位机得来的命令并翻译，然后对所指定的模块输入命令或者读取信息，最后返回操作成功信息。FPGA擅长于高速的逻辑与时序控制，便于控制具体的芯片，但不适于整体复杂的流程控制。采用这种方式编程的好处在于，避免了FPGA复杂的流程控制编程，而将这一任务交给上位机去完成。
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